久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器：概述

幾年前，在一次貿(mào)易展上工作時(shí)，有人問我：“人們還在使用運(yùn)算放大器嗎？我忍不住笑了，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/運(yùn)算放大器">運(yùn)算放大器市場估計(jì)超過30億美元，而且還在增長。但對于提問者來說，久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器已經(jīng)存在了很長時(shí)間，盡管由于工藝技術(shù)、增強(qiáng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)，它經(jīng)歷了改進(jìn)，但它基本上是相同的。鑒于運(yùn)算放大器無處不在，讓我們退后一步，回顧一下運(yùn)算放大器的元件，以及為什么它在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中仍然如此有用。

人們還在使用運(yùn)算放大器嗎？
幾年前，在一次貿(mào)易展上工作時(shí)，有人問我：“人們還在使用運(yùn)算放大器嗎？我忍不住笑了，因?yàn)檫\(yùn)算放大器市場估計(jì)超過30億美元，而且還在增長。但對于提問者來說，久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器已經(jīng)存在了很長時(shí)間，盡管由于工藝技術(shù)、增強(qiáng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)，它經(jīng)歷了改進(jìn)，但它基本上是相同的。鑒于運(yùn)算放大器無處不在，讓我們退后一步，回顧一下運(yùn)算放大器的元件，以及為什么它在當(dāng)今的電子產(chǎn)品中仍然如此有用。
運(yùn)算放大器是一種利用兩個(gè)輸入（反相輸入和同相輸入）的電子設(shè)備，一個(gè)輸出和一個(gè)雙電源，如圖1中的原理圖符號所示。

圖 1：久經(jīng)考驗(yàn)的運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器放大兩個(gè)輸入信號之間的差值以產(chǎn)生輸出信號。理想的運(yùn)算放大器是具有以下特性的理論器件：
無限開環(huán)增益：輸出電壓等于輸入電壓乘以無窮大之間的差值。該特性允許運(yùn)算放大器放大最小的輸入信號。
無限輸入阻抗：它不會從輸入源吸收電流。這使得運(yùn)算放大器可以與傳感器和換能器等高阻抗源配合使用，而不會影響輸入信號。
零輸出阻抗：它可以驅(qū)動任何負(fù)載而不影響輸出電壓。這一特性使得運(yùn)算放大器非常適合驅(qū)動揚(yáng)聲器等低阻抗負(fù)載。
無限帶寬：它可以放大任何頻率的信號。該特性允許運(yùn)算放大器用于需要高頻放大的應(yīng)用，例如RF放大器。
零輸入失調(diào)電壓：當(dāng)輸入電壓相等時(shí)，輸出電壓將為零。該特性允許運(yùn)算放大器用于需要精確信號處理的應(yīng)用。
無限壓擺率：它可以立即響應(yīng)輸入信號的變化。該特性允許運(yùn)算放大器用于需要快速信號處理的應(yīng)用，例如高速數(shù)據(jù)傳輸。
雖然在現(xiàn)實(shí)世界中沒有運(yùn)算放大器能夠滿足所有這些理想特性，但現(xiàn)代運(yùn)算放大器幾乎可以滿足其中的許多特性。設(shè)計(jì)人員選擇最適合其特定應(yīng)用要求的運(yùn)算放大器，同時(shí)考慮器件的實(shí)際限制。
如前所述，運(yùn)算放大器繼續(xù)用于各種電子產(chǎn)品。運(yùn)算放大器的一些最常見應(yīng)用如下：
放大器：運(yùn)算放大器可用作電壓放大器，以增加輸入信號的幅度。放大器的增益由反饋電阻和輸入電阻之比決定。
濾波器：運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建各種濾波器，包括高通、低通、帶通和帶阻濾波器。這些濾波器用于從信號中去除不需要的頻率。
比較器：運(yùn)算放大器可用作比較器，以比較兩個(gè)電壓并產(chǎn)生指示哪個(gè)電壓更高的輸出信號。這在電平檢測、閾值檢測和脈寬調(diào)制等應(yīng)用中非常有用。
振蕩器：運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建在特定頻率下產(chǎn)生正弦波形的振蕩器。運(yùn)算放大器振蕩器有多種類型，如維恩橋振蕩器、移相振蕩器和晶體振蕩器。
穩(wěn)壓器：運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建穩(wěn)壓器，無論輸入電壓或負(fù)載如何變化，都能保持恒定的輸出電壓。穩(wěn)壓器用于各種電子設(shè)備，例如電源、音頻放大器和電機(jī)控制器。
儀表放大器：運(yùn)算放大器可用于構(gòu)建儀表放大器，以放大非常小的信號，例如來自傳感器或換能器的信號。儀表放大器具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和高共模抑制比。
積分器和微分器：運(yùn)算放大器可用作積分器和微分器，對信號執(zhí)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。積分器產(chǎn)生的輸出信號與輸入信號的積分成比例，而微分器產(chǎn)生的輸出信號與輸入信號的導(dǎo)數(shù)成比例。
總體而言，運(yùn)算放大器是許多電子電路中必不可少的元件，其多功能性和易用性繼續(xù)使其成為設(shè)計(jì)師和工程師的熱門選擇。